[원자력기사 기출풀이] 2016년 핵재료공학 및 핵연료관리 11 ~ 15번

 

 

31. 다음 우라늄 농축방법에 대한 설명 중 맞는 것은?
    ① 원심분리법은 분리계수가 크기 때문에 캐스케이드의 소요단수가 작아도 된다.
    ② 화학교환법은 UF6기체를 쓰지 않고 우라늄 용액을 쓰기 때문에 장치가 복잡하다.
    ③ 노즐법은 분리계수가 작고 복잡한 장치를 필요로 하는 단점이 있다.
    ④ 기체확산법은 전력소모량이 적고 소량의 냉각수만 필요로 하는 장점이 있다.

 

원심분리법 : 회전하는 원통 내에서 무거운 분자가 벽쪽에, 가벼운 분자는 중심부로 모이는 것을 이용하는 방법

  - 장점 : 분리계수가 커서 캐스케이드 소요단수가 작다, 소비전력이 기체확산법에 의해 1/10 정도록 작다.

  - 단점 : 고도의 기계기술이 필요하다. 1대당 처리능력이 작아 대량 상용화가 어렵다. 

 

화학교환법 : 동위원소의 진동에너지 차이에 의한 교환반응을 이용하는 방법

  - 장점 : 우라늄 용액을 쓰므로 장치가 간단하다. 가동기기가 적어 소비전력이 낮다. 핵확산 저항성이 크다.

  - 단점 : 분리계수가 작다. 평형도달시간이 길어 장시간이 소요된다.

 

노즐법 : UF6와 수소를 혼합하여 노즐을 통해 곡면을 향해 분사함. 곡면에서 원심효과와 유속산란 효과로 인해 무거운 분자가 벽측에 분포하는 것을 이용함. 

  - 장점 : 가동부가 적고 장치가 간단하여 신뢰성이 높다.

  - 단점 : 분리계수가 작다. 소비전력이 크다.

 

기체확산법 : 동위원소간 확산속도 차이를 이용하여 격막으로 분리하는 것. 

  - 장점 : 운영경험이 풍부하다. 대량 분리할 때 신뢰도가 높다.

  - 단점 : 분리계수가 작다. 전력소비가 크고 다량의 냉각수가 필요하다.

 

 

정답 : 1

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32. 원자력발전소의 기체 방사성폐기물 관리에 대한 설명 중 맞는 것은?
    ① 기체 방사성폐기물은 주로 이온교환, 막분리에 의해 이루어진다.
    ② 원전의 공기조화계통 공기정화기(ACU)는 주로 건물 내 공기를 배기하는데 사용된다.
    ③ 원전 격납건물 배기는 연속배출 방식으로 배출된다.
    ④ 기체 방사성폐기물은 크게 입자, 요오드, 불활성기체, CRUD로 나눌 수 있다.

 

 

1번 : 이온교환과 막분리 방법은 액체폐기물을 처리하는 방법이다.

 

2번 : ACU : 공기 중 방사성물질을 여과하여 실내로 급기하거나 대기로 방출하는 기기. 습분제거기, HEPA, 활성탄 필터 등으로 구성되어 있음.

 

3번 : 격납건물 배기는 연속적으로 배출하는 것이아니라, 일정기간 모아서 한번에 내보내는 batch 식으로 배출된다.

 

4번 : 입자, 아이오딘, 불활성기체는 기체폐기물의 대표적인 형태이지만, CRUD는 아니다.

CRUD는 1차계통 기기의 부식생성물로, 방사화되면 방사능을 띈다. 1차냉각재 속에서 떠다니므로, 액체폐기물에 포함되어 있다. CRUD는 처리되어 최종적으로는 고화처리할 것이다.

 

 

정답 : 2

 

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33. 방사성폐기물 처분시설에 설치하는 공학적 방벽이 갖추어야 할 요건으로 틀린 것은?
    ① 폐기물을 물리적으로 고립시킨다.
    ② 물의 방벽 안으로 침투를 줄인다.
    ③ 방출 핵종은 흡착, 지연 등으로 이동속도를 줄인다.
    ④ 열전도도를 낮춰서 열을 최대한 보전한다.

 

1, 2, 3번은 옳다.

 

처분시설은 폐기물을 격리해야하고, 지하수의 침입을 막아야 한다.

방출핵종은 암반과 흡착과 탈착을 반복하면서 이동속도가 느려지는데, 이동속도가 느려야 핵종이 멀리 이동하지 않는다.

 

열전도도는 높아야 한다. 붕괴열이 꾸준히 제거되어야 하기때문이다.

 

정답 : 4

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34. 다음 중 핵연료를 설명한 내용이 틀린 것은?
    ① 금속우라늄의 특징은 융점이 낮고, 상변태가 일어나 고온에서 운전하는 상업용 원자로에서는 사용되지 않는다.
    ② 금속우라늄은 결정의 이방성을 가지고 있다.
    ③ 이산화우라늄은 융점이 높고 고온에서 비교적 안정성이 높다.
    ④ 이산화우라늄은 열전도도가 금속우라늄보다 크다.

 

금속우라늄의 장점

1. 가공이 용이하고 밀도가 높음

2. 재처리 시 액채폐기물이 적음

3. 열전도가 우수하여 핵연료 중심온도가 낮음

4. Na와 반응하지 않아 Na 냉각재를 사용 가능함.

 

금속우라늄의 단점

1. 융점이 1132도로 낮고, 상변태가 일어남. 상변태점이 668도이므로, 중심온도가 이 온도 이하로 제한됨.

2. 결정의 이방성으로 인해 상변태 시 체적변화가 있음.

3. 분말은 대기 중에 자연산화하여 기름에 보관하여야 함.

 

이산화우라늄 장점

1. 융점이 2800도로 높고 이방성이 없음. 고온에서 상변태가 일어나지 않음

2. 물과 양립성이 우수함

 

이산화우라늄의 단점

1. 열전도도가 금속우라늄에 비해 십분의 1 수준임.

2. 금속우라늄에 비해 밀도가 낮음. 

3. 실온에서 산소와 반응하여 과잉산소를 고용하며 실온에서 깨지기 쉽다.

 

정답 : 4

 

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35. 핵연료 피복재가 갖추어야 할 조건으로 틀린 것은?
    ① 중성자 흡수 단면적이 적을 것
    ② 고온에서 기계적 강도가 높을 것
    ③ 핵연료와의 화학 반응성이 높을 것
    ④ 냉각재에 대한 부식 저항성이 좋을 것

 

1, 2, 4번은 피복재의 조건이 맞다.

 

3번 : 핵연료, 냉각재와 화학반응이 없어야 더 안정적이다.

 

이외에도, 열전도가 좋아야하고, 냉각재와 양립성이 좋아야하고, 반복되는 가열과 냉각에도 건전성을 유지할 수 있어야 한다.

 

정답 : 3